西北農林科技大學揭示褪黑素延緩甜瓜葉片衰老的機制

2022年11月，西北農林科技大學園藝學院瓜類作物種質資源與遺傳育種研究團隊在《Plant, Cell &Environment》上發表了題為“Melatonin delays ABA-induced leaf senescence via H2O2-dependent calcium signaling”的研究論文，揭示了褪黑素通過H2O2和Ca2+信號通路延緩甜瓜葉片衰老的機理。

葉片早衰抑制植物生長發育，進而影響作物的產量和品質。脫落酸（ABA）是誘導植物葉片衰老的關鍵植物激素之一。研究表明，褪黑素在調節葉片衰老過程中與ABA存在拮抗作用，但其作用機制仍不清楚。

該團隊發現外源褪黑素可以保護光系統Ⅱ，延緩ABA脅迫下甜瓜成熟葉片的衰老。高濃度ABA脅迫下，褪黑素誘導了甜瓜respiratory burst oxidase homolog D（CmRBOHD）的表達，促進H2O2的積累。褪黑素和H2O2均能誘導細胞質中游離Ca2+（[Ca2+]cyt）的積累，而Ca2+通道抑制劑抵消了褪黑素和H2O2延緩葉片衰老的作用。在擬南芥中過表達甜瓜CmRBOHD基因誘導了[Ca2+]cyt積累并延緩擬南芥葉片衰老，而擬南芥中AtRBOHD基因缺失抑制了ABA脅迫下褪黑素對[Ca2+]cyt的誘導和對葉片衰老的延緩作用。此外，褪黑素、H2O2和Ca2+抑制了ABA誘導的K+外流和細胞死亡。CmRBOHD異源過表達和AtRBOHD基因缺失分別抑制和促進了ABA對K+外流的誘導。綜上，褪黑素可以誘導CmRBOHD的表達和H2O2的積累。H2O2的增加誘導了[Ca2+]cyt積累，抑制K+外流和細胞死亡，進而延緩ABA誘導的葉片衰老。該研究揭示了一種新的褪黑素延緩葉片衰老的機制。